저항이란? 옴의 법칙 Ohm's Law 길이 표피효과

저항의 의미와 전압, 전류와의 관계를 나타내는 옴의 법칙과 온도와의 관계를 살펴보고 직류에서 옴의 법칙에 대해 알아보겠습니다.

저항과 옴의 법칙

저항이란 무엇일까요?

옴의법칙

직류에서 전기가 흐르는 도선에서 전위차 V가 있는 두 점 사이에 전류 I가 흐를 때 그 비례 상수를 R이라고 하면 다음과 같은 식이 만들어집니다.

 

V =  I x R

 

여기서 V는 전압을 나타내며, 단위는 볼트(V)입니다. I는 전류를 나타내며, 단위는 암페어(A)입니다. R은 저항을 나타내며, 단위는 옴(Ω)입니다. 위 식은 직류(DC) 전류에 대한 전압과 저항의 관계를 나타내는 공식으로 전류가 흐르기 힘든 정도를 저항 R이라고 합니다. 

 

이 공식은 다양한 전기 회로에서 전압, 전류, 저항 중 두 가지를 알고 있을 때, 나머지 하나를 계산하는 데 사용됩니다. 즉, 저항과 전류를 알고 있을 때 전압을 계산하거나, 저항과 전압을 알고 있을 때 전류를 계산할 수 있습니다.

 

이 공식을 옴의 법칙(Ohm's Law)이라고도 불리며, 전류, 전압, 저항의 관계를 이해하고 전기 회로를 설계하고 분석하는 데 사용됩니다. 다시 말해 전기 저항은 전기 회로에서 전류의 흐름을 제한하는 성질을 의미합니다. 전기 저항은 물체나 물질이 전기적으로 얼마나 "저항"하느냐를 나타내는 값입니다.  전기 저항은 전류의 흐름에 대한 저항력을 나타내며, 전압과 전류 사이의 관계를 결정합니다. 전기 저항이 클수록 전류 흐름이 작아지고, 전기 저항이 작을수록 전류 흐름이 커집니다.

 

전기 저항은 전선, 저항체, 전구, 전자 기기 등 다양한 부분에서 발생할 수 있으며, 이를 이용하여 전류와 전압을 조절하고 회로를 설계합니다.

 

 

전선의 굵기, 단면적과의 관계

전선에 저항은 굵기, 단면적, 고유저항과의 관계식은 다음과 같습니다.

 

R = ρ x (l / S)

 

여기서 ρ는 재질의 전기 저항률(resistivity)을 나타내며, l은 전선의 길이를, S는 전선의 단면적을 나타냅니다.

이 관계식은 저항이 전선의 길이와 단면적에 반비례하는 것을 나타냅니다.

전선의 길이가 길거나 단면적이 작을수록 전기 저항은 증가하게 됩니다. 반면에 전선의 길이가 짧거나 단면적이 크면 전기 저항은 감소합니다. ρ는 재질의 특성을 나타내는 값으로, 재질의 종류에 따라 다릅니다. 재질의 전기 저항률이 클수록 전기 저항은 커지게 됩니다.

 

저항과 온도와의 관계

일반적인 형태로 저항과 온도와의 관계식을 표현하면 다음과 같습니다

 

R = R0 (1+ a x T)

 

이 식은 초기 저항(R0)에 기준온도와의 차이(T)에 따라 변화하는 저항(R)을 나타내는 일반적인 관계식입니다. a는 비례 상수 또는 온도 계수(Temperature coefficient)를 나타내며, R0는 초기 저항을 나타냅니다.  이 식에 따르면 온도가 증가할수록 저항도 같이 증가하게 됩니다. 

 

 

교류에서의 저항

 

교류에서는 전류가 표면에 가까운 부분으로만 흐르려고 하는 경향이 있습니다. 이를 표피효과라고 하는데 교류(AC) 전류가 전도체 내부를 흐를 때, 전류의 주요 흐름 경로가 전도체 표면 부근에 집중되는 현상을 말합니다.

표피효과는 교류 전류가 흐를 때 전류의 주파수에 따라 발생하며, 고주파 교류일수록 더 강한 효과를 나타냅니다. 전류의 주파수가 증가함에 따라 전류는 전도체 표면에서 집중되며, 전도체의 내부로 들어가는 깊이가 줄어들게 됩니다.

표피효과의 원인은 전류가 흐를 때 전류 경로 주변의 자기장이 반대 방향의 자기장을 생성하기 때문입니다. 이로 인해 전류는 자기장의 영향을 받아 표면 부근으로 밀려나게 되고, 전도체 내부로 들어가는 깊이가 감소합니다.

표피효과는 주로 고주파 전류가 흐르는 도체에서 발생합니다. 전류의 주파수에 따라 전류 밀도가 다르게 나타나는데 전도체 내부에서 발생하는 전력 손실이 증가하게 됩니다.

이를 고려하여 전도체 크기와 모양, 재질을 결정하고, 전선의 굵기를 조절함으로써 효과를 최소화할 수 있습니다.